CI TECNOLOGIE BIOMOLECOLARI E RICOMBINANTI
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2020/2021
- Docente
- GIUSEPPE FORLANI
- Crediti formativi
- 12
- Percorso
- BIOTECNOLOGIE PER L'AMBIENTE
- Periodo didattico
- Primo Semestre
Obiettivi formativi
- Il Corso ha l'obiettivo di consentire allo studente l'acquisizione delle conoscenze delle tecniche e metodologie di base e dei loro ulteriori sviluppi applicativi per lo studio ed analisi degli acidi nucleici e dell’espressione genica, con particolare riferimento alle tecnologie impiegate per la produzione di DNA ricombinante
Modulo di Tecnologie Molecolari e Ricombinanti (Dr.ssa Alessia Finotti):
Gli obiettivi formativi del corso consistono nell’acquisizione delle conoscenze delle tecniche e metodologie di base (e dei loro ulteriori sviluppi applicativi) per lo studio ed analisi degli acidi nucleici e dell’espressione genica, con particolare riferimento alle tecnologie impiegate per la produzione di DNA ricombinante.
L’esercitazione pratica darà la possibilità allo studente di concretizzare le conoscenze teoriche acquisite e sarà incentrata su alcune tra le metodiche più utilizzate nei comuni laboratori di ricerca e contestualmente apprendere l’utilizzo di strumentazioni di base. In particolare, gli studenti impareranno ad usare le pipette e altre comuni strumentazioni di laboratorio, ed affronteranno i diversi passaggi sperimentali volti all'analisi dell'espressione di un gene specifico, attraverso le tecniche di estrazione dell'RNA, la sua quantificazione; l'analisi qualitativa dell'RNA mediante elettroforesi su gel d'agarosio; la produzione di cDNA mediante retro-trascrizione e la quantificazione di uno specifico trascritto di mRNA per PCR quantitativa.
CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Lo studente apprenderà:
- la corretta terminologia scientifica
- le tecniche di base per l'estrazione e la quantificazione di acidi nucleici
- le tecniche di base per l’ analisi di genomica e trascrittomica
- gli elementi di base per costruire un vettore ricombinante
- le differenze tra i diversi tipi di vettori ricombinanti
CAPACITA’ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Lo studente saprà:
- quale metodo utilizzare per estrarre il DNA, l'RNA da diverse fonti biologiche
- quali tecniche sono impiegate nelle analisi di genomica e trascrittomica
- quali strategie utilizzare per effettuare un esperimento di clonaggio genico
- quali vettori usare per produrre una proteina ricombinante
- quali vettori usare per modificare l'espressione genica
Modulo Biologia Molecolare Vegetale:
Il modulo intende fornire conoscenze di base e specifiche riguardanti i meccanismi molecolari che regolano il funzionamento degli organismi vegetali, con particolare attenzione ai fenomeni unici nelle piante. Queste conoscenze vengono descritte anche in funzione delle possibili modificazioni e applicazioni in campo agricolo e industriale.
Conoscenze
Lo studente apprenderà:
La struttura del genoma nelle piante (differenze in termini di dimensioni, composizione e struttura del genoma tra monocotiledoni e dicotiledoni)
Il funzionamento e la regolazione dell’espressione dei geni nelle piante
I metodi di coltura e manipolazione in vitro delle cellule vegetali e della loro modificazione genetica (Agrobacterium tumefaciens e metodi diretti)
Alcune delle applicazioni delle piante transgeniche e i problemi correlati
I meccanismi di risposta delle piante superiori a tipi diversi di stress (biotici o abiotici), con particolare attenzione al metabolismo secondario
I meccanismi di silenziamento genico nei vegetali
Le basi del miglioramento genetico delle piante e del breeding molecolare
Abilità
Lo studente saprà:
Utilizzare la terminologia specifica della biologia molecolare vegetale
Comprendere come manipolare la struttura modulare del gene vegetale
Scegliere strategie sperimentali di studio applicate alla piante di interesse agricolo
Valutare con spirito critico i risultati di lavoro. Prerequisiti
- Modulo di Tecnologie Molecolari e Ricombinanti:
Conoscenze di base di Chimica, Biologia, Biochimica e Biologia Molecolare.
Modulo Biologia Molecolare Vegetale:
Conoscenze di base di Fisiologia Vegetale e Biologia Molecolare. Contenuti del corso
- Modulo di Tecnologie Molecolari e Ricombinanti (Dr.ssa Alessia Finotti):
40 ore di lezioni in aula.
Tematiche affrontate:
PRIMA PARTE. Analisi degli acidi nucleici e loro espressione e/o modulazione (20 ore):
-Isolamento e purificazione di DNA, quantificazione ed analisi: elettroforesi in gel d’agarosio e poliacrilamide, elettroforesi capillare;
-Tecniche per studio del genoma: impiego di enzimi per la manipolazione del DNA (enzimi di restrizione, polimerasi, ligasi, etc.), Southern Blotting, reazione di Polimerizzazione a Catena (PCR) e sue varianti, sequenziamento genico classico e Next Generation Sequencing;
-Isolamento, purificazione, quantificazione di RNA e microRNA;
-Tecniche per studio dell’espressione genica: retro-trascrizione e produzione di cDNA, Real Time PCR quantitativa, digital PCR e gene expression array.
SECONDA PARTE. Tecniche di manipolazione del DNA, vettori di clonaggio, vettori di espressione, metodologie di trasfezione, proteine ricombinanti (20 ore):
-Impiego di enzimi per clonare il DNA;
-Tipi di vettori di clonaggio e loro applicazioni (plasmidi, batteriofagi, cosmidi, ecc); costruzione di librerie geniche;
-Tecniche per l’introduzione di vettori ricombinanti nelle cellule;
-Clonaggio per lo studio dell’espressione genica e saggi di modulazione: impiego di RNA interference e altri approcci per il gene silencing;
-Tecniche per lo studio di promotori genici e fattori di trascrizione;
-Introduzione ai vettori per terapia genica;
-Metodi per la produzione di proteine ricombinanti: vettori, sistemi di espressione delle proteine ricombinanti, pharming, esempi di utilizzo terapeutico;
- Anticorpi monoclonali.
Oltre alle 40 ore di lezione frontale (5CFU), sarà tenuta una esercitazione di laboratorio (1CFU) suddivisa in una parte pratica in laboratorio affiancata da una parte precedente di preparazione al laboratorio e una successiva di analisi dei risultati ottenuti, effettuate tramite lezioni in PowerPoint, filmati, animazioni, analisi dei dati ed esercizi. Argomento principale: estrazione di RNA totale da matrici biologiche, la sua quantificazione spettrofotometrica, analisi quali-quantitativa dell’RNA estratto mediante elettroforesi su gel di agarosio, retrotrascrizione e PCR quantitativa di trascritti selezionati.
Le ore di lezione riportate sono indicative.
Modulo di Biologia Molecolare Vegetale.
Le lezioni teoriche, per un totale di 48 ore, sono strutturate per argomenti a complessità crescente, della durata normalmente di circa 2 ore l’una. Verranno trattati i seguenti argomenti:
Colture in vitro e micropropagazione vegetale, ruolo degli ormoni e applicazioni -- Il gene vegetale, ruolo del promotore e del terminatore, modularità strutturali -- Metodi di trasformazione genetica dei vegetali, Agrobacterium tumefaciens e metodi diretti, vettori di trasformazione genetica, protocolli di lavoro – Applicazioni e problematiche associate all’ottenimento e alla crescita di varietà transgeniche – Metodi di regolazione dell’espressione genica, RNA antisenso e interference, esempi applicativi – Organizzazione, struttura e caratteristiche dei genomi vegetali, dimensioni, elementi ripetuti e variabilita’ – Miglioramento di specie vegetali di interesse agronomico, metodi classici e molecolari di incrocio e selezione – Risposte delle piante agli stress e resistenza ai patogeni – Metabolismo secondario delle piante – Metodiche di ingegneria genetica di nuova generazione. Metodi didattici
- Modulo di Tecnologie Molecolari e Ricombinanti (Dr.ssa Alessia Finotti):
Il corso è organizzato in 40 ore di didattica frontale. Gli argomenti del corso saranno affrontati in modo approfondito nelle lezioni in aula, dove peraltro saranno presentati anche riferimenti su riviste scientifiche, siti web trattanti i vari argomenti e video esplicativi. Gli argomenti trattati saranno spiegati attraverso presentazione PowerPoint, che verranno di volta in volta fornite, in formato PDF, dal docente agli studenti. Nei testi consigliati non sono trattati tutti gli argomenti del corso e risulta pertanto vivamente consigliata la partecipazione alle lezioni.
Oltre alle 40 ore di lezione frontale (5CFU), sarà tenuta una esercitazione di laboratorio (1CFU) suddivisa in una parte pratica in laboratorio affiancata da una parte precedente di preparazione al laboratorio e una successiva di analisi dei risultati ottenuti effettuate tramite lezioni in PowerPoint con il possibile ausilio di filmati, animazioni, analisi dei dati ed esercizi.
Per l’esercitazione pratica gli studenti verranno divisi in turni, e lavoreranno singolarmente o in coppia affrontando le seguenti metodiche: estrazione di RNA totale da matrici biologiche, la sua quantificazione spettrofotometrica, analisi quali-quantitativa dell’RNA estratto mediante elettroforesi su gel di agarosio, retrotrascrizione e PCR quantitativa di trascritti selezionati.
Il modulo di Biologia Molecolare Vegetale è strutturato in lezioni teoriche frontali per un totale di 48 ore di lezione (6 CFU). Gli argomenti del corso saranno affrontati in modo approfondito nelle lezioni in aula. Gli argomenti trattati saranno spiegati attraverso presentazione powerpoint, che verranno di volta in volta fornite agli studenti in formato MP4. Nei testi consigliati non sono trattati tutti gli argomenti del corso e sono quindi suggeriti per una più semplice comprensione dei concetti di base, risulta pertanto consigliata la partecipazione alle lezioni. Per aiutare lo studente a verificare in itinere il proprio livello di preparazione, a intervalli regolari 4 lezioni frontali sono dedicate a prove di autovalutazione e 4 ad approfondimenti. Modalità di verifica dell'apprendimento
- La prova d’esame ha lo scopo di verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti trattati nel corso e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente.
Modulo di Tecnologie Molecolari e Ricombinanti (Dr.ssa Alessia Finotti):
Esame scritto che comprende 31 domande a risposta multipla con risposte chiuse (5 possibilità di risposta di cui una sola corretta) e sarà svolto utilizzando moduli OMR. La durata dell’esame sarà 60 minuti.
Per gli studenti DSA verrà valutata singolarmente la modalità di svolgimento della prova.
Per superare l’esame (voto minimo 18/30) sarà necessario rispondere correttamente ad almeno 18 quesiti. La votazione di 30/30 e lode si conseguirà rispondendo correttamente a 31 quesiti. Non verranno dati punti di penalizzazione per risposte sbagliate o risposte non date.
La prova d’esame ha lo scopo di verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti trattati nel corso e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente.
Modulo di Biologia Molecolare Vegetale.
Esame orale: allo studente verranno poste tre domande generali, a cui potranno seguire ulteriori domande di approfondimento. Verrà soprattutto valutata la capacità di porre in relazione i diversi temi del corso e la capacità di descrivere con spirito critico le conoscenze.
Esame scritto: consiste in 42 domande, aperte a risposta breve o a scelta multipla, approssimativamente una per ogni lezione frontale. Le risposte alle domande vengono giudicate sia per il contenuto sia per la completezza; per ogni domanda il punteggio che si ottiene è pari a 1 punto (risposta esatta e completa), 0.5 punti (risposta parziale o solo parzialmente esatta) o 0 punti (risposta mancante, errata o largamente incompleta). Non si ritiene superato l’esame se si ottiene un punteggio complessivo inferiore a 18 punti.
Il voto finale del C.I. Tecnologie Biomolecolari e Ricombinanti deriva dalla media dei voti conseguiti nei due moduli: Biologia Molecolare Vegetale e Tecnologie Molecolari e Ricombinanti. Testi di riferimento
- Modulo di Tecnologie Molecolari e Ricombinanti (Dr.ssa Alessia Finotti):
Diapositive mostrate a lezione dal docente e fornite in formato PDF, materiale fornito dal docente (es: articoli e review scientifiche, siti web, video)
¿ Testo principale consigliato:
-Biotecnologie Molecolari. Principi e tecniche. Terry A. Brown - ZANICHELLI
Eventuali approfondimenti sui seguenti testi:
-Metodologie biochimiche e biomolecolari. M. Maccarrone - ZANICHELLI
-Genomi 4. IV edizione, 2018. Terry A. Brown - EDISES
-DNA ricombinante. Geni e Genomi. J.D. Watson et al. - ZANICHELLI
-Analisi dei Geni e Genomi. Richerd J. Reece - EdiSES
-Compendio di Biotecnologie Farmaceutiche. Maria Luisa Calabrò - EdiSES
-Metodologie Biochimiche. Bonaccorsi di Patti, Contestabile, Di Salvo - ZANICHELLI
Modulo Biologia Molecolare Vegetale.
Appunti e materiale didattico utilizzato durante le lezioni.
Buchanan B., Gruissem W., Jones R. Biochimica e Biologia Molecolare delle Piante. Ed. Zanichelli
